双层耦合非对称反应扩散系统中的振荡图灵斑图

采用线性耦合Brusselator模型和Lengyel-Epstein模型,数值研究了双层耦合非对称反应扩散系统中振荡图灵斑图的动力学,并分析了图灵模、高阶模以及霍普夫模之间的相互作用及其对振荡图灵斑图的影响.模拟结果表明,在Lengyel-Epstein模型激发的超临界图灵模k_1的激励下,Brusselator模型中处于霍普夫区域的高阶模3~(1/2)k_1被激发,这两个模式相互作用从而产生了同步振荡六边形斑图.随着控制参数b的增加,该振荡六边形斑图首先经历倍周期分岔进入双倍振荡周期,经历多倍振荡周期后,在霍普夫模式的参与下,最终进入时空混沌态.同步振荡六边形斑图形成的条件是Brusselator模型中的次临界图灵模k_2的本征值高度低于处于霍普夫区域的高阶图灵模3~(1/2)k_1的本征值高度,且两个图灵模之间不存在空间共振关系.当两个图灵模满足空间共振时,系统优先选择空间共振模式,从而产生超点阵斑图.霍普夫模和图灵模共同作用下只能产生非同步振荡图灵斑图.此外,耦合强度对振荡图灵斑图也有重要的影响.     

双层耦合非对称反应扩散系统中的超点阵斑图

通过线性耦合Brusselator模型和Lengyel-Epstein模型,数值研究了双层耦合非对称反应扩散系统中图灵模之间的相互作用以及斑图的形成机理.模拟结果表明,合适的波数比以及相同的对称性是两个图灵模之间达到空间共振的必要条件,而耦合强度则直接影响了图灵斑图的振幅大小.为了保证对称性相同,两个图灵模的本征值高度要位于一定的范围内.只有失稳模为长波模时,才能对另一个图灵模产生调制作用,并形成多尺度时空斑图.随着波数比的增加,短波模子系统依次经历黑眼斑图、白眼斑图以及时序振荡六边形斑图的转变.研究表明失稳图灵模与处于短波不稳定区域的高阶谐波模之间的共振是产生时序振荡六边形的主要原因.     

六边形格子态斑图的数值模拟

采用双层耦合的Lengel-Epstein模型, 通过改变两子系统图灵模的强度比, 获得了四种的六边形格子态和多种非格子态结构. 模拟结果表明: 反应扩散系统的格子态结构由三套子结构叠加而成, 是两图灵模的波数比和强度比共同作用的结果, 两模的强度比决定了三波共振的具体模式; 另外, 系统选择格子态斑图所需的两图灵模的强度比大于非格子态斑图的强度比; 逐步增加两图灵模强度比, 出现的斑图趋于从复杂到简单变化. 深入研究发现: 不同互质数对(a, b)对应的格子态斑图的稳定性不同, 其中(3, 2)对应的格子态结构最为稳定.     

双层耦合Lengel-Epstein模型中的超点阵斑图

用双层耦合的Lengel-Epstein模型, 研究了两个子系统的图灵模对斑图的影响,发现其波数比在斑图的形成和选择过程中起着重要作用.当波数比为1时,双层系统未能发生耦合,只能出现条纹和六边形斑图;当波数比处于1-√17 的范围时,两子系统发生耦合,图灵模之间发生共振相互作用,得到种类丰富的超点阵斑图,包括暗点、点-棒和复杂超六边、Ⅰ-型和Ⅱ-型白眼、类蜂窝和环状超六边等斑图;当波数比大于√17 , 系统选择的斑图类型不再变化,均为环状超六边斑图.数值模拟得到的条纹、六边形、超六边点阵、Ⅱ-型白眼斑图和类蜂窝斑图均已在介质阻挡放电系统实验中观察到. 另外,还得到了超点阵斑图的波数随两个扩散系数乘积D_uD_v的变化曲线,发现其随的D_uD_v增大而减小. 关键词： 耦合系统 超点阵 波数比 数值模拟     

局域浓度调控扩散系数的次氯酸-碘离子-丙二酸系统图灵斑图形成中的反常扩散

通过数值模拟及振幅方程解析解方法,从实空间和倒空间分析了受局域浓度扩散系数调控下次氯酸-碘离子-丙二酸反应扩散系统图灵斑图形成的扩散机理.在零扩散系数调节下,斑图形成为典型的菲克扩散;而在负向正向扩散系数调节下,斑图的形成依赖欠扩散和超扩散.图灵系统的浓度稳态振幅对随机初始条件敏感性随局域浓度扩散调控系数k的增大而增加.     

双层非线性耦合反应扩散系统中复杂Turing斑图

采用双层耦合的Brusselator模型, 研究了两个子系统非线性耦合时Turing 模对斑图的影响, 发现两子系统Turing 模的波数比和耦合系数的大小对斑图的形成起着重要作用. 模拟结果表明: 斑图类型随波数比值的增加, 从简单斑图发展到复杂斑图; 非线性耦合项系数在0–0.1时, 系统1中短波模在系统2失稳模的影响下不仅可形成简单六边形、四边形和条纹斑图, 两模共振耦合还可以形成蜂窝六边形、超六边形和复杂的黑眼斑图等超点阵图形, 首次在一定范围内调整控制参量观察到由简单正四边形向超六边形斑图的转化过程; 耦合系数在0.1–1时, 系统1中短波模与系统2失稳模未发生共振耦合仅观察到与系统2相同形状的简单六边形、四边形和条纹斑图. 关键词： Brusselator模型 非线性耦合 Turing模     

双层耦合介质中四边形图灵斑图的数值研究

采用双层线性耦合Lengyel-Epstein模型,在二维空间对简单正四边和超点阵四边形进行了数值分析.结果表明:当两子系统波数比N1时,随耦合强度的增大,基模的波矢空间共振形式发生改变,系统由简单六边形自发演化为结构复杂的新型斑图,除已报道的超六边形外,还获得了简单正四边和多种超点阵四边形,包括大小点、点线、白眼和环状超四边等斑图.当耦合系数α和β在一定范围内同步增大时,两子系统形成相同波长的Ⅰ型简单正四边;当α和β不同步增大时,由于两图灵模在短波子系统形成共振,系统斑图经相变发生Ⅰ型正四边→Ⅱ型正四边→超点阵四边形的转变;当系统失去耦合作用时,短波子系统波长为λ的Ⅰ型正四边斑图迅速失稳并形成波长为λ/N的Ⅰ型正四边,随模拟时间的延长,两子系统中不同波长的正四边均会经相变发生Ⅰ型正四边→Ⅱ型正四边→六边形的转变.     

气体放电系统中多臂螺旋波的数值分析

采用Purwins的三变量模型, 在二维空间对气体放电系统中多臂螺旋波的形成和转化进行了数值研究. 通过分析方程参数对系统空间的影响, 确定了系统获得稳定螺旋波的参数空间; 得到了斑图由简单静态六边形到螺旋波的演化过程, 分析了螺旋波的形成机制和时空特性; 进一步获得六种不同臂数的多臂螺旋波斑图(例如: 双臂、三臂、四臂、五臂、六臂和七臂螺旋波). 结果表明: 螺旋波斑图出现在图灵-霍普夫(Turing-Hopf)空间, 是Turing模和Hopf模相互竞争、相互作用的结果; 不同臂数的螺旋波波头均在持续地旋转运动, 其运动速度随螺旋波臂数的增加而增大; 随着螺旋波臂数的增加, 其波头的运动形式愈加复杂; 由于受微扰及边界条件的影响, 多臂螺旋波可以向臂数少一的螺旋波发生转变, 数值模拟结果与实验结果符合较好. 关键词： 螺旋波 数值模拟 气体放电     

反应扩散模型在图灵斑图中的应用及数值模拟

反应扩散方程模型常被用于描述生物学中斑图的形成.从反应扩散模型出发,理论推导得到GiererMeinhardt模型的斑图形成机理,解释了非线性常微分方程系统的稳定常数平衡态在加入扩散项后会发生失稳并产生图灵斑图的过程.通过计算该模型,得到图灵斑图产生的参数条件.数值方法中采用一类有效的高精度数值格式,即在空间离散条件下采用Chebyshev谱配置方法,在时间离散条件下采用紧致隐积分因子方法.该方法结合了谱方法和紧致隐积分因子方法的优点,具有精度高、稳定性好、存储量小等优点.数值模拟表明,在其他条件一定的情况下,系统控制参数κ取不同值对于斑图的产生具有重要的影响,数值结果验证了理论结果.     

大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构

采用水作为电极,对大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构进行了研究,观测到了规则的斑图结构(包括准六边形斑图和条带状斑图)和不规则的斑图结构.实验发现斑图中放电丝的密度随着电介质层厚度的增加及放电气隙宽度变大而减小,而随外加电压及频率增大而增大.采用空间相关函数的方法分析了准六边形斑图结构中的放电丝分布与驱动电源电压的关系 关键词： 介质阻挡放电 自组织斑图 放电丝密度 空间相关函数     

反应扩散系统中时空斑图研究

时空斑图广泛地存在于反应扩散系统中,在延展的布鲁塞尔振子模型中,一维的时空斑图已经被研究过.本文中,我们对布鲁塞尔振子模型进行线性稳定性分析,模拟出两维的时空斑图,进一步阐明斑图形成的机制,形成斑图的机制是由于霍普夫失稳、短波失稳和图灵失稳以及它们之间的相互作用.当系统处于非平衡状态下,布鲁塞尔振子模型可以得到有序的时空斑图.?     

自旋轨道耦合的23Na自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图的研究

利用阻尼映射Gross-Pitaevkii方程, 研究了二维体系中自旋轨道耦合的 ²³Na自旋-1 玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图, 探索自旋轨道耦合强度对涡旋斑图的影响. 研究发现, 较弱的自旋轨道耦合就可以完全破坏不考虑自旋轨道耦合情况下出现的周期性涡旋晶格; 在自旋轨道耦合较强的情况下, 各自旋态的涡旋易形成涡旋组, 它们绕凝聚体中心形成花瓣状涡旋斑图. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚体 自旋 涡旋     

光电集成与器件

TN256 2004064289 氧化多孔硅周期性波导光栅耦合器的实验研究=Grating coupler of oxidized porous silicon[刊,中]/贾振红(新疆大学信息科学与工程学院.新疆,乌鲁木齐(830046)),涂楚辙…∥光电子·激光.—2004,15(5).—534-536 报道了用两柬相干激光在HF溶液中的多孔Si(PS)表面上干涉形成光强周期分布,通过光溶解得到了孔隙率周期变化的结构.从而制备出氧化PS周期性波导光栅。实现了辐射模与波导中传输模之间的耦合,并由外部入射光波或衍射光的方向确定了波导层的有效折射率。图3参10(于晓光)     

外部驱动电流抑制双撕裂模的发展

在Hall MHD方程组中引入外部驱动电流项,数值模拟外部驱动电流对双撕裂模不稳定性的影响.结果表明,在x点加入反向外部驱动电流对撕裂模的发展有抑制作用,周期性的外部驱动电流对双撕裂模不稳定性的抑制效果较好,能控制磁岛的尺度在相互驱动的临界尺度以下,避免发生双撕裂模非线性磁场重联的爆发,随着驱动电流周期变大抑制效果变坏,在一定限度内随着驱动电流强度增大抑制效果变好,在一定范围内随着驱动电流宽度变小抑制效果变好.     

非对易空间的三模谐振子能谱

在非对易空间中,用不变本征算符方法(IEO),对非耦合、坐标耦合、动量耦合三种三模谐振子系统能谱进行求解,并将求解结果与一般对易空间的能谱进行比较分析.通过比较发现,当非对易参数为零时,所求能级差还原到了与普通空间相对应的一般量子系统哈密顿量能级差,验证了推导结果的正确性;同时讨论了耦合系数对非对易空间能谱的影响. 关键词： 不变本征算符 非对易空间 三模谐振子能谱 能级差     

高频驱动条件下法拉第斑图生成的临界参数探究

本实验研究在高频周期外力驱动下的黄原胶溶液系统中法拉第斑图的生成过程.实验结果表明,斑图生成的临界参数最大驱动加速度A_(cc)与驱动频率f成准线性关系.进一步的半定量理论分析表明这一结果可能与粘滞导致的能量耗散以及外界驱动的能量输入达到平衡有关.溶液表面最大速率可能是影响斑图生成的关键特征量.     

蜂蜜溶液法拉第斑图的研究

本文研究周期性外力驱动下蜂蜜溶液法拉第斑图的特性.实验中观察到相较于水或黄原胶溶液,蜂蜜溶液的法拉第斑图具有很高的有序度.对产生斑图的临界加速度进行了探究,发现蜂蜜溶液与黄原胶溶液在弱非线性区具有相似的动力学特性.关于色散关系的测量结果显示,蜂蜜溶液色散关系与重力-表面张力波理论色散关系有较好的一致性,但蜂蜜溶液的非牛顿黏滞性导致两者有所差异.     

通过被动介质耦合的两螺旋波的同步

采用Br模型研究了通过被动介质耦合的两二维可激发系统中螺旋波的同步,被动介质由可激发元素组成,这些元素之间不存在耦合.数值模拟结果表明,被动介质对螺旋波的同步有很大影响,当两系统中的初态螺旋波相同时,被动介质可导致稳定螺旋波发生漫游,螺旋波转变为螺旋波对或反靶波;当两系统中的初态螺旋波不同步时,在适当的参数下,两螺旋波可以实现同步、相同步,此外还观察到两螺旋波波头相互排斥、多螺旋波共存、同步的时空周期斑图、系统演化到静息态等现象.在被动介质中,一般可观察到波斑图,但是在某些情况下,被动介质会出现同步振荡现象.这些结果有助于人们理解心脏系统中出现的时空斑图.     

自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体激发谱及其有效调控

利用Bogoliubov理论研究了自由空间中可调自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates, BECs)的激发谱.通过高频近似得到具有两体相互作用时与时间无关的有效Floquet哈密顿量,从而获得一种可调的自旋-轨道耦合和一种可由周期驱动拉曼耦合调控的有效两体相互作用.基于系统有效的Floquet哈密顿量,得到凝聚体具有相互作用时的色散关系,发现周期驱动强度可以有效地调控色散关系的结构,即周期驱动的拉曼耦合可以调控系统在零动量相与平面波相之间的相变.进一步利用Bogoliubov理论得到系统的Bogoliubov-de-Gennes (BdG)方程,分别研究了凝聚体在零动量相和平面波相中的激发谱.发现零动量相中的激发谱均为声子激发,且激发谱随周期驱动强度的增加表现出贝塞尔函数的行为;平面波相中的激发谱存在声子激发和旋子激发,当周期驱动强度增加时,旋子模出现软化现象.因此,可以通过周期驱动拉曼耦合实时地调控自旋-轨道耦合BECs激发谱中的声子激发和旋子激发.     

经典外场驱动下Tavis-Cummings系统的能量本征值和波函数

研究经典外部驱动场对双原子Tavis-Cummings(T-C)模型中原子的作用.求出了相互作用绘景中驱动T-C系统能量——准能的本征值和相应的本征态,给出了Schrdinger绘景中该系统波函数的一般解.结果表明,外场驱动没有改变T-C模型的能级,但使该模型中的Fock态产生平移,从而使一般T-C模型中具有一定频率的定态被拓展到具有无限多个频率的Fock空间. 关键词： Tavis-Cummings模型 经典外场 能量本征值 波函数